Выступление проф. Р.Л. Смелянского на конференции "Разработка ПО", 24-25 октября 2013 г.

1. Программно-конфигурируемые сети
и Виртуализация сетевых сервисов –
новый вызов для разработчиков ПО
Чл.-корр. РАН, д.ф-м.н, профессор Р.Л.Смелянский
Центр прикладных исследований компьютерных сетей,
ВМК МГУ им. Ломоносова

2. Содержание
1
Проблемы современных сетей
2
Что такое Программно-Конфигурируемые Сети
3
Что такое Виртуализация Сетевых Сервисов
4
5
Взаимосвязь ПКС и ВСС
Примеры
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
2

3. Если в 80-е годы
главным было
качество,
а в 90-е реинжиниринг, то
в 2000-е главное
- СКОРОСТЬ
B I L L G AT E S I N B U S I N E S S @ T H E S P E E D O F T H O U G H T
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
3

4. Сеть как платформа сервисов
Ad Insertion
Transcode
Encrypt
Transrate
Protect
Multicas
t
Enhance
Stream
Translate Compress
QoS
Сеть как платформа
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
4

5. Тенденции и требования рынка
Ключевые тенденции





Изменение модели вычислений (outsourcing &
robosourcing);
Global IP Traffic By Type
59.354
60
Fixed Internet
Быстрый рост траффика: к 2016 году объем трафика
возрастет в 6 раз
50
40
46.29
Managed IP
27.434
30
Изменение структуры траффика: к 2016 г. 90 % видеотрафик;
Взрывной рост мобильности;
35.879
Mobile data
20.65
20
10
14.955
4.989
0.237
9.014
6.839
0.546
1.163
11.352
2.198
13.189
14.848
6.254
3.806
0
2010
2011
2012
2013
2014
2015
Несоответствие темпов роста трафика и темпов роста
доходов операторов
Необходимо сокращать стоимость передачи трафика!
К 2003 г. в Интернет было
сгенерировано 5 экзабайт. Сегодня
такой объем – за 2-3 дня
29.10.2013
Эрик Шмит, Google
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
5

6. Чудовищный рост сложности
Число ежегодно публикуемых RFC
Сложность из-за дополнительных функциональностей таких как поддержка
мобильности,VPN, туннелирование, управление сетями и т.д.
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
6

7. Сеть оператора сегодня
CPE
BRAS
DSLAM
Standard High Volume
DPI
Firewall Servers/Storage/Switches
Access
Carrier Grade
NAT
Monitor
CDN
Edge
Core
WAN Accelerator
DSLAM
© ON.LAB
IMS, VoLTE, CSCF
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
7

8. Рост числа middleboxes
Подавляющее число этих сервисов (IMS, VoLTE, DPI, CPE, CSCF etc.) реализовано в виде, так
называемых, middleboxes (функция и железо едины!)
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
8

9. Что такое ПКС

Отделение управление
сетевым оборудованием от
управления передачей
данных.

Управление сетью в целом, а
не отдельными экземплярами
сетевого оборудования.

Интеллектуальный, легко управляемый интерфейс между
сетевым приложением и транспортной средой сети.
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
9

10. ПКС эволюция
RIP
VLAN
OSP OSPF F
IIS-IS
Classic router
ACL
……
MPLS
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
10

11. ПКС эволюция
RIP
VLAN
…
OSPF
Classic
router
IS-IS
ACL
MPLS
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
11

12. ПКС эволюция
RIP
VLAN
OSPF
Classic router
IS-IS
ACL
…
MPLS
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
12

13. ПКС эволюция
Flow Table
VLAN
TCAM
Controller
Switch
RIP
OSPF
IS-IS
ACL
MPLS
…
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
13

14. ПКС эволюция
Flow Table
MAC
src
MAC
dst
TCAM
*
*
IP
IP
Flow Table Dst
Src
*
Switch
*
00:1f:..
5.6.7.8
TCP
sport
*
TCP
dport
*
*
VLAN
* Controller
port 1
RIP
OSPF
Routing
Rule examples
*
Action
*
port 5
IS-IS
ACL
Switching
*
*
*
*
*
22
drop
MPLS
Firewall
…
00:20.. 00:1f:.. 1.2.3.4 5.6.7.8
20
666
port 7
Flow Switching
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
14

15. ПКС эволюция
Flow Table
MAC
src
MAC
dst
TCAM
*
*
IP
IP
Flow Table Dst
Src
*
Switch
5.6.7.8
TCP
sport
*
TCP
dport
Action
* Controller
port 1
*
00:1f:..
*
*
*
*
port 5
*
*
*
*
*
22
drop
20
29.10.2013
RIP
OSPF
Routing
Rule examples
00:20.. 00:1f:.. 1.2.3.4 5.6.7.8
VLAN
666
IS-IS
Switching
ACL
MPLS
Firewall
port 7
…
Flow Switching
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
15

16. Network operating system
ПКС эволюция
Flow Table
TCAM
Controller
Switch
29.10.2013
APP
VLAN
APP
RIP
APP
OSPF
APP
IS-IS
APP
ACL
APP
MPLS
APP
…
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
16

17. ПКС эволюция
Network operating system
Switch
Controller
Switch
APP
VLAN
APP
RIP
APP
OSPF
APP
IS-IS
APP
ACL
APP
MPLS
APP
…
Switch
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
17

18. ПКС эволюция
App
App
Контроллер
App
App
App
Контроллер
Slice2
App
Контроллер
Slice3
Slice1
Слой виртуализации
ПКС устройство
коммутации пакетов
ПКС устройство
коммутации пакетов
ПКС устройство
коммутации пакетов
Простое устройство
коммутации пакетов
Простое устройство
коммутации пакетов
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
18

19. Виртуальные Сетевые Сервисы (NFV)
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
19

20. 29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
20

21. Сеть оператора с ВСС
CPE
Standard High Volume
DPI
CG-NAT
DPI Servers/Storage/Switches
BRAS
Network Function-VMs
BRAS DPI Firewall
Access
BRAS
BRAS
CG-NAT
CPE-Func
CPE-Func
CPE-Func
CPE-Func
WAN-Accl
CDN
CDN
CDN
WAN-Accl
CDN
Monitor
DSLAM
Carrier Grade
NAT
CPE-Func
Core
BRAS
CPE-Func
DPI
WAN Accelerator
Monitor
Monitor
DSLAM
CPE-Func
© ON.LAB
CG-NAT
CPE-Func
CPE-Func
WAN-Accl
WAN-Accl
CDN
CDN
CDN
BRAS
BRAS
CPE-Func
OLT
Edge
BRAS
CPE-Func
Monitor
CDN
CG-NAT
CPE-Func
Monitor
DPI
CDN
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
21

22. ВСС с плоскостью управления ПКС
BRAS
BRAS
WAN-Accel
CPD
VM + Network Orchestration
Load
Balancer
VM Mgmt
NF-VM
SDN Controller
NF-VM
NF-VM
CG-NAT
NF-VM
NF-VM
Firewall
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
Core
Edge
Access
© ON.LAB
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
22

23. CDN как ВСС
Region
Consumer
Consumers
S1
Data origin
CDN
Consumers
Statistics
S1
NFV
regional
farm
Controller
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
23

24. CDN как ВСС
Region
Consumer
Consumers
S1
Data origin
Consumers
S1
CDN
CDN
Update
CDN
NFV
regional
farm
Controller
CDN orcestrator
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
24

25. Конвейеризация ВСС
Consumer
CDN
Message
Router
Firewall
Data origin
vRGW
DPI
BRAS
vSTB
NAT
SIP
RAN Control
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
25

26. Конвейеризация ВСС
NFV
enabled
network
Consumer
Suspicious
traffic
Data origin
DPI
DPI
DPI
NFV
regional
farm
REST
API
Network Controller
DPI orcestrator
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
26

27. Конвейеризация ВСС
NFV
enabled
network
Consumer
Suspicious
traffic
Packet mirroring
Data origin
DPI
DPI
DPI
NFV
regional
farm
REST
API
Network Controller
DPI orchestrator
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
27

28. Конвейеризация ВСС
NFV
enabled
network
Consumer
Malware
traffic
Action
Packet mirroring
Data origin
DPI
DPI
DPI
NFV
regional
farm
REST
API
Network Controller
DPI orcestrator
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
28

29. Архитектура ВСС платформы
ВСС pool
Firewall, Encryption, DPI,…
VM
VM
VM
VM
Virtual Switch
High performance
datapath
OS/Linux Kernel
Hardware
• Высокие требования к производительности на всех уровнях
• Легковесное виртуальное окружение
• Высокопроизводительный и настраиваемый виртуальный
коммутатор
• Высокоскоростной сетевой стек ОС
• Специализированное аппаратное обеспечение (например, сетевые
адаптеры)
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
29

30. Intel DPDK
DPDK = Data Plane Development Kit
http://intel.com/go/dpdk/
•
•
•
•
•
•
•
•
Intel DPDK – это набор библиотек и драйверов
для быстрой обработки пакетов на платформах
Intel.
Использование больших виртуальных страниц
(huge pages 2mb/1gb).
Размещение объектов равномерно по всем
каналам оперативной памяти.
Адресное пространство карточки доступно из
userspace.
Неблокирующие очереди для передачи пакетов.
Нет прерываний в драйверах DPDK – активный
цикл.
Активное использование SSE инструкций для
обработки пакетов.
Выделение целых ядер процессоров под задачи.
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
30

31. Open vSwitch ускоренный с DPDK
• Open vSwitch - это виртуальный программный
коммутатор, который обеспечивает соединение между
виртуальными машинами и физическими интерфейсами.
– VLAN, SPAN, RSPAN, GRE, sFlow, Netflow, OpenFlow 1.1.
Open vSwitch
Open vSwitch + DPDK
PHY-to-PHY
1.1 Mpps
10 Mpps
VM-to-PHY
0.3 Mpps
4 Mpps
VM-to-VM
0.3 Mpps
2 Mpps
* на 10 Gb канале
** на udp пакетах, 64 байта (самый сложный сценарий)
*** теоретический максимум 15 Mpps
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
31

32. Заключение
!
В России отсутствует производство сетевого оборудования и ПО в индустриально
значимых масштабах (>90% - продукция иностранного производства).
!
ПКС&ВСС - Момент смены архитектуры компьютерных сетей благоприятен для
России: возможность создать собственное производство программных средств
для управления и виртуализации сетевых сервисов
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
32

33. http://arccn.ru/
+7 (495) 984 27 64
@ArccnNews
smel@arccn.ru
29.10.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС Сколково
33